海底管土相互作用研究概述

在阅读文献的基础上，对海底管线与海床之间的相互作用进行了系统的阐述。介绍了海底管道稳定性的设计方法、国内外管土相互作用的试验情况和数值计算的进展。指出了管土相互作用要解决的一些问题。     

ABAQUS 软件在管土相互作用中的应用

利用ABAQUS软件中的主控-从属接触算法,使管道和海床形成一个接触对,且建立了管土系统有限单元模型。海床土体分别采用非线性弹性模型、多孔弹性模型、Ramberg-Osgood塑性模型。通过分析计算,得到了管道沉降量与管重间的关系,以及由于管道沉陷而形成的土体楔形。计算结果和有关试验结果相符合,说明采用该软件进行管土相互作用分析是可行的。     

多孔弹性海床上的管土相互作用数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对管土系统进行分析，土体的本构模型采用多孔弹性模型。通过改变管道的水下重、环境载荷等参数进行计算，可以得到管道的位移、海床孔隙水压力分布、土体侧向隆起。计算结果表明，管道的水下重、环境栽荷、土性参数均对管土系统有影响。     

基于VB平台的海底管线设计技术程序开发

基于Visual Basic平台，融合计算机技术、海底管线力学理论，依据中国船级社和中国石油相关设计标准，采用面向对象的程序开发方法，开发设计了海洋管道设计技术软件（简称PDT）。通过交互式参数输入界面，输入相关设计参数，即可完成海底管线的在位强度、管道挖沟、管道敷设和管道浮拖力学模型的建立、计算和后处理显示，使工程设计人员方便、快捷地完成海底管线的计算与设计。     

基于管土耦合作用的海底管道稳定性分析研究

海底管道作为水下油气运输系统中重要的组成部分,其稳定性研究尤为重要。通过有限元软件ABAQUS,模拟铺设后未运行以及输送石油过程中的海床-管道耦合作用系统。通过对土体进行初始的应力平衡、管道自重戴荷分析、管道-土体相互接触作用分析、内压载荷分析、水平屈曲分析,分别计算管道在铺设完成后及实际运行过程中的位移及应力。计算结果表明,管道运行中的温度差和压力差引起的大变形是导致管道失效的最主要原因。同时通过对比研究可知,海床土体的相关参数对管线发生屈曲变形都有不同程度的影响,影响的强弱程度取决于土体的刚度以及土体对管道水平向的抗力作用。     

内压与海床联合作用下海底管道撞击数值研究

为了研究海床和管道内压对坠物撞击管道的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了坠物撞击海底管道的有限元模型,分析了撞击过程中海底管道的动态响应。采用摩尔库伦模型模拟海床的非线性特性,并引入罚函数处理坠物、管道和海床三者的接触关系。分析结果表明:海床和管道内压对坠物撞击管道起到了保护作用。黏土海床对管道撞击的保护作用比砂土海床大,砂土海床对管道撞击的保护作用比刚性海床大;随着内压的增大,管道变形最大凹陷值减小;同时考虑内压和海床作用时管道受坠物撞击后的最大凹陷值比2个因素均不考虑时小,相差最大处达到了9.6%。所得结果对海底管道抗坠物撞击设计和管道的安全服役具有指导意义。     

地震波条件下海底管线抗震设计方法研究

目前工程设计中使用的海底管线抗震设计方法给出的地震应力值偏大,计算结果与管线结构参数和埋设深度等几乎没有关系。理论分析及海底管线的实际埋设环境证明,在一般海底管线工程的设计地震条件下,约束海底管线的土壤很容易进入塑性滑移状态,已超出现用抗震设计方法的前提条件,即管土之间的约束为弹性约束。对于约束土壤进入塑性滑移状态,给出了新的地震应力计算方法———极限地震应力计算法,并根据决定极限应力大小的单位长度管线极限约束力的计算方式,把极限地震应力计算法分为单位长度摩擦力法、修正法和加权平均法。两个实际工程算例的比较分析结果说明,极限地震应力法能准确地反映海底管线的实际地震应力状况,解决现用抗震设计方法中存在的问题。     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

崎岖海床上管道变形和应力研究

为了准确得到海底管道铺设在崎岖海床上的变形和应力状态,文章采用有限元法进行管道纵断面分析,计算得出了相关曲线。通过与A H M ouselli给出的曲线对比,验证了不同张力条件下海底低洼凹陷和隆起地形对管道应力的影响,数值解略小于M ouselli曲线结果。最后以实际的崎岖海床为例,计算了管道在空管和满油状态下的纵断面变形曲线和弯曲应力。根据得出的管道弯曲应力分布,能够科学合理地给出海床处理方法,保证海底管道的安全。     

深水管道安装期的沉降分析方法

深水海底管道安装时管道沉降直接影响其竖向、轴向和侧向力,管道沉降的分析方法是深水海底管道设计中的重要内容。介绍了深水管道安装时沉降的作用原理,采用引入载荷放大系数和敏感系数的方法来分析管土的相互作用,重点研究了深水海底管道安装时的沉降计算方法,该方法被应用于西非某实际深水项目海底管道系统的设计中。结合国外深水海底管道设计研究安装时管道的沉降,可以为我国南海类似深水项目设计提供指导。     

海底管线用钢的开发和应用

海洋环境的恶劣对海底管线用钢提出较陆地管线更加严格的质量要求.宝钢开发以热连轧方式生产用于制造直缝埋弧焊管的海底管线用X65级管线钢板,其产品具有高强度、高韧性和良好的焊接性等综合性能.与陆地管线相比,不仅使焊管横向性能满足X65级管线管的强度和韧性要求,而且焊管纵向性能也满足DNV-OS-F101海底管线用钢的性能要求,可保证海底管线施工和运营的安全.上海宝山钢铁股份有限公司开发的海底管线用钢已成功地应用于我国南海"番禺-惠州天然气海底管线".     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

基于管土耦合模型的海底管道管跨涡激振动分析

对于海底管跨涡激振动的研究,传统计算模型是将管跨两端作固支或简支处理。考虑管跨入土段与土壤之间的非线性作用力,采用ANSYS有限元分析软件建立起管土耦合非线性有限元模型,弥补了传统计算模型的缺点。通过对不同土壤和流速条件下管跨涡激振动的研究,与传统计算模型相比,提出的管土耦合模型具有更好的计算精度,计算结果可为海底管线疲劳寿命的进一步分析提供支持。     

海底油气输送管道材料开发和应用现状

阐述了国内外海底油气输送管道的发展现状,分析了海底油气管道材料的发展趋势和技术需求。针对海底油气管道的特点,指出抗大变形、高疲劳性能、大径厚比是未来海底管道低碳合金钢材料的主要发展方向;在海底油气管道的腐蚀方面,以耐蚀合金为衬里的双金属复合管及非金属柔性管是耐H₂S/CO₂气田集输管线材料的主要发展方向;未来冶金复合管和机械复合管的优选,需要根据两种产品的研究发展情况来确定;应提高柔性管的自主开发和制造能力,加强对柔性管设计和生产装备的研究。     

含缺陷海底管线安全评定系统研究

针对海底管线可能存在的缺陷类型,考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧度和力学强度等参数,基于权威评定规范,应用面向对象的编程语言VB开发了含缺陷海底管线安全评定系统分析软件。介绍了该系统的基本模块及功能特点。应用该系统对胜利埕岛油田某海底管线的2个检测缺陷进行了评定分析。结果表明,评定系统能够进行海底管线各类缺陷的安全分析计算,并将结果绘成失效评定图,给出可视化评定结论,为海底管线安全评定及管理提供了科学方法。     

渤西油气田海底输气管道清管技术

针对渤西油气田海底输气管道清管作业中存在的不利因素,改进了泡沫清管球清管技术,克服了管道变形、单密封面球阀不利于通球的技术难题,并成功地实施了该输气管道的清管作业,取得了明显的清管效果。渤西油气田海底输气管道清管技术的研究与实践,在一定程度上使存在局部变形或缺陷的输气管道也能进行清管作业,拓宽了清管技术的应用范围。     

海底埋设管道多点输入地震响应分析

对海底埋设管道在空间变化地震动作用下的响应进行了分析。首先基于一种谱表示方法,合成了与目标功率谱拟合的非平稳多点地震动时程。其次建立了海底埋设管道三维有限元模型,用以进行了三维多点输入地震时程分析,并进一步分析了地震动空间变化特性,以及场地的自功率谱模型、管道埋深、管径、壁厚和混凝土配重层厚度对管道响应的影响。由数值结果可以看出,考虑地震动的空间变化特性会显著增大管道的响应,管道的几何参数对海底埋设管道的多点输入地震响应产生不同程度的影响。因此,进行合理的管道设计可有效提高管道的抗震能力。